前體氨基酸對維生素B12發(fā)酵合成的影響

廖曉光

【摘 要】隨著我國醫(yī)藥行業(yè)的不斷發(fā)展，對維生素B12的需求越來越旺盛，維生素B12作為人體所需重要的維生素，成為了醫(yī)藥行業(yè)重要的發(fā)展項目。為了實現(xiàn)維生素B12的應用和發(fā)展，我國不斷完善維生素B12發(fā)酵合成的流程，以期提高維生素B12的產量，降低維生素B12的成本，本文主要分析了前體氨基酸對維生素B12發(fā)酵合成的影響，根據(jù)不同的影響因素和影響結果實現(xiàn)維生素B12最優(yōu)化的發(fā)酵合成效果。本文第一部分是對維生素B12發(fā)酵合成的概述，第二部分介紹了前體氨基酸對維生素B12發(fā)酵合成的不同影響，第三部分是對文章的總結和展望，以期通過探索前體氨基酸對維生素B12發(fā)酵合成的影響，實現(xiàn)維生素B12發(fā)酵合成技術的完善和發(fā)展，提高維生素B12發(fā)酵合成的效率。

【關鍵詞】前體氨基酸;維生素B12;發(fā)酵;合成

一、維生素B12發(fā)酵合成概述

維生素B12的化學結構較為復雜，因此決定了其復雜的發(fā)酵合成流程，維生素B12的應用范圍較廣，不僅應用于人體的維生素的合成和補充，而且應用于動物的生長和健康發(fā)育，同時維生素B12還是許多微生物生長的促進藥品。維生素B12在發(fā)酵過程中，常用的生長菌體主要為費氏丙酸桿菌、謝氏丙酸桿菌和脫氮假單胞桿菌，其中，脫氮假單胞桿菌是最近幾年被發(fā)現(xiàn)的菌種，被應用于維生素B12發(fā)酵過程的時間并不長，通過不斷的實驗可得脫氮假單胞桿菌在進行應用時，最佳的溫度是在三十二攝氏度左右，并且PH值應該控制在6-7之前，只有這樣，才能夠充分發(fā)揮脫氮假單胞桿菌的效果，提高維生素B12的發(fā)酵效率。同時在維生素B12的發(fā)酵和合成過程中，還需要增加一些必要的化合物，作為維生素B12咕啉環(huán)的重要前體，氨基乙酰丙酸（Aminolevulinic acid，ALA）的合成途徑主要由兩條，一個是通過C4途徑，一個是通過C5途徑，其中C4途徑是由甘氨酸和琥珀酰輔酶A生成A LA;C5途徑則是由谷氨酸經由谷氨酰-tRNA生成A LA。維生素B12中連接DMBI和中心鈷離子的氨基丙醇則是由蘇氨酸為前體生成。其中，甘氨酸、谷氨酸和蘇氨酸是維生素B12在發(fā)酵合成過程中重要的原材料，對維生素B12整個發(fā)酵合成流程起到了重要的作用，同時也能夠對其產生重要的影響，在維生素B12的發(fā)酵合成過程中同時伴隨著大量的甲基化反應，這種反應的發(fā)生對于維生素B12的發(fā)酵合成過程有著重要的而影響，因此，甲硫氨酸對維生素B12的發(fā)酵過程也有重要的影響。本文主要研究的是甘氨酸、谷氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸對維生素B12發(fā)酵合成過程的影響，維生素B12的發(fā)酵過程是在其菌體進入后才能夠穩(wěn)定生長和產生的，因此應該在菌體進入培養(yǎng)基并且實現(xiàn)穩(wěn)定增長后進行前體氨基酸的添加，通過觀察前體氨基酸的對于整個發(fā)酵合成流程的影響，判斷不同的前體氨基酸對于發(fā)酵合成的影響，判斷最佳的添加時間和添加濃度，從而確定最佳的發(fā)酵合成計劃，提高維生素B12的發(fā)酵合成效果。

二、前體氨基酸對維生素B12發(fā)酵合成的影響

2.1谷氨酸的影響

谷氨酸本質上是一種有機氮源，主要的作用是促進菌體的生長，促進菌體能夠形成氨基酸和氮化物。在微生物的生長中，谷氨酸是必備的營養(yǎng)物質，無機氮源中的氨必須同化形成谷氨酸和谷氨酰胺，然后被菌體吸收后，才能夠實現(xiàn)菌體的生長。通過觀察可以知道在培養(yǎng)基中添加谷氨酸之后，菌體的生長速度明顯加快，并且隨著谷氨酸添加數(shù)量的增多，菌體的生長速度不斷加快，并且在達到峰值是，菌體的成長速度不再繼續(xù)加快。谷氨酸的峰值為0.40 g/L，此時菌體的生長強度為19.50 g/L谷氨酸是維生素B12合成過程中合成ALA的重要前體物質，維生素B12的發(fā)酵合成速度也是隨著谷氨酸添加數(shù)量的增加而不斷增加的。的比產率也是隨著谷氨酸添加量的增加而逐漸增加的，當谷氨酸添加量達到0.40 g/L時，維生素B12合成量達到最大值63.90 mg/L。

2.2蘇氨酸的影響

蘇氨酸同樣對菌體的生長起到正相關的作用，當添加蘇氨酸后，菌體的生長效率明顯加快，但是與谷氨酸不同的是，蘇氨酸的添加數(shù)量對于菌體的生長速度并沒有較大的影響，通過觀察不同含量蘇氨酸所在的培養(yǎng)基可得，蘇氨酸含量不同的培養(yǎng)基中，菌體的生長效率都是相同或者是相差不大的。同時，蘇氨酸對于維生素B12的合成也是有利的，蘇氨酸添加量對于菌體的生長和維生素B12發(fā)酵的影響都是相同的。

2.3甘氨酸的影響

通過實驗可以得到，甘氨酸對菌體的生長也是起到了一定的作用，但是菌體的生長速度和生長狀態(tài)并不隨著甘氨酸添加數(shù)量的上升而不斷增加，而是通蘇氨酸對于菌體生長的影響類似，只要是添加了定量的甘氨酸都能夠促進菌體的生長，因此，在實際的添加過程中，就要嚴格控制好用量，節(jié)約甘氨酸和蘇氨酸和使用成本。另外，甘氨酸對于維生素B12的發(fā)酵合成也起到了重要的最用，添加甘氨酸的培養(yǎng)基中，維生素B12的合成效果明顯好于不添加甘氨酸的培養(yǎng)基。

2.4甲硫氨酸的影響

甲硫酸是唯一一個不利于菌體生長和維生素B12合成的前體氨基酸。通過不同的實驗數(shù)據(jù)可以得到，甲硫酸的添加并不會對菌體的生長產生有利的影響，甚至會在一定程度上一直菌體的生長過程，但是通過實驗我們可以看出，甲硫氨酸的添加對于維生素B12的合成是十分有利的，能夠促進維生素B12的合成過程，增強過程中菌體的濃度，從而促進維生素B12的快速合成。

2.5氨基酸混合添加結果分析

根據(jù)以上氨基酸的單獨添加實驗對發(fā)酵的影響，選擇對菌體生長和維生素B12合成有利的3種氨基酸———谷氨酸、蘇氨酸和甘氨酸，同時以其最適水平為中間水平，進行三因素三水平的正交試驗，由試驗結果的直觀分析出，3種氨基酸中谷氨酸對菌體生長和維生素B12合成的影響最大，在試驗所涉及的質量濃度范圍內，谷氨酸的質量濃度越高，越有利于菌體生長和維生素B12的合成。

總結

本文利用合成培養(yǎng)基考察了甘氨酸、谷氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸4種氨基酸對菌體生長和產物合成的影響。谷氨酸、蘇氨酸、甘氨酸3種氨基酸的添加有利于菌體的生長，而甲硫氨酸的添加則不利于菌體的生長，且其質量濃度越高負作用越大。谷氨酸、蘇氨酸和甘氨酸3種氨基酸的添加有利于產物的合成，谷氨酸和蘇氨酸的添加效應尤為明顯，谷氨酸和蘇氨酸添加的質量濃度越高，產物維生素B12的合成量就越高;與前兩種氨基酸不同，甘氨酸的添加對產物的合成似乎存在一個最適濃度，而甲硫氨酸的添加對產物合成是不利的。從維生素B12的比生產率來看，甲硫氨酸不利于維生素B12合成的主要原因是其不利于菌體生長。

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